مدل‌سازي گسترش و پخش آلودگي‌هاي نفتي با روش احجام محدود در محيط‌هاي آبي

Dispersion Modeling of Oil Pollution with Finite Volume Method in Aquatic Environments

محيط‌ زيست دريايي و مناطق ساحلي تحت تاثير جدي تاسيسات صنعتي مستقر در نزديكي ساحل و در مجاورت بنادر و نيز تاسيسات دريايي دور از ساحل هستند. علاوه بر اين، ترددهاي معمول دريايي، ناوگان‌هاي تجاري و صنعتي نيز از عوامل تاثيرگذار بر محيط‌زيست منابع آبي دريايي محسوب مي‌شوند. در اين مقاله با توجه به وجود دو مرز آبي بزرگ خليج فارس و درياي عمان در جنوب و درياي خزر در شمال و نيز با توجه به اتكاي جدي كشور به استخراج و صدور نفت به‌خصوص از طريق ناوگان‌هاي دريايي و رشد و توسعه روزافزون صنايع پتروشيمي، چگونگي انتشار، گسترش و پخش لكه‌هاي نفتي و آلودگي‌هاي زيست‌محيطي ناشي از آنها مورد مطالعه قرار گرفت. آسيب‌هاي جدي زيست‌محيطي ناشي از صنايع پتروشيمي و نفتي خصوصاً در دوران جنگ خليج فارس اهميت توجه ويژه به اين موضوع را بيشتر نمايان مي‌كند. حركت لكه نفتي، گسترش، پخش و آثار كيفي آن در محيط، با توسعه يك مدل عددي ميانگين‌گيري شده در عمق و با استفاده از روش احجام محدود شبيه‌سازي شد. مدل توسعه داده شده، پارامترهاي موثر در انتقال و پخش آلودگي‌هاي نفتي را در مدل مناسب پيش‌بيني جريان و انتقال لكه نفتي مورد استفاده قرار مي‌دهد. باتوجه به اينكه در پديده انتقال و پخش آلودگي نفتي، بخش‌هاي انتقال و پخش معادلات ناوير - استوكس نقش بسيار مهمي ايفا مي‌كنند، انتخاب روش مناسب عددي در قسمت انتقال و پخش از اهميت خاصي برخوردار است. در اين مقاله براي جملات انتقال و پخش از الگوريتم با دقت بالا با استفاده از تابع شكل رويه و با فرض تغييرات درجه چهار در دو بعد استفاده شد كه در مدل‌هاي مشابه ديده نمي‌شود. همچنين به‌منظور شبيه‌سازي پديده جزر و مد، جبهه تر و خشك نيز در نظر گرفته شد. معادلات حاصل با استفاده از روش ضمني با جهت متناوب حل شدند كه ضمن ارضاي دقت مناسب موردنظر، مجهولات با حل يك ماتريس پنج قطري در هر گام زماني به‌دست آمدند.

As long as oil is used, the risk of an oil spill exists. Rapid economic growth has caused a significant increase in fossil fuel consumption in recent decades. The world production of crude oil is about 3 billion tons per year and half of it is transported by sea. Exporting oil, especially via marine fleets and increasing development of petrochemical industry, marine system is exposed to severe environmental damages. The movement of oil spill, its diffusion and hydro-environmental effects have been simulated by developing a 2DH numerical model based on non-linear shallow water Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations using Finite Volume Method. The new model deploys the relevant formulations for oil spill processes. Since advection and diffusion of oil pollution play a crucial role in oil spill flow pattern, it is important to choose an appropriate numerical scheme for the transport terms of N-E equations. In this work, a highly-accurate algorithm based on a 4th degree accurate shape function has been used for the hydrodynamic model, which is not present in similar models. The solution method is based on the alternating direction implicit (ADI) scheme. The equations are then solved by a Penta-Diagonal matrix in each half-time-step. Results from the numerical model are compared with measured values. Reasonable agreement is obtained between predicted and experimental nearshore circulation patterns.